Summary
Kontrastforbedret hjerte magnetisk resonans (CMR) billedbehandling giver omfattende
Abstract
Lille dyr magnetic resonance imaging er et vigtigt redskab til at studere hjertets funktion og ændringer i myokardie væv. De høje puls af små dyr (200-600 slag / min) har tidligere begrænset rolle CMR billeddannelse. Lille dyr Look-Locker inversion recovery (SALLI) er en T1 kortlægning sekvens for små dyr til at overvinde dette problem 1.. T1 kort giver kvantitative oplysninger om væv ændringer og kontrastmidler kinetik. Det er også muligt at detektere diffuse myocardiale processer såsom interstitiel fibrose eller ødem 1-6. Desuden fra et enkelt sæt billeddata, er det muligt at undersøge hjertets funktion og myokardie ardannelse ved at generere cine og inversion recovery-forberedte sene gadolinium enhancement-typen MR-billeder 1..
Den præsenterede video viser trin-for-trin procedurer til at udføre små dyr CMR billeddannelse. Her præsenteres med en sund Sprague-Dawley rotte, men naturligvis kan udvides til forskellige hjerte små dyremodeller.
Introduction
Myocarditis er en væsentlig årsag til akut hjertesvigt, pludselig død, og kronisk dilateret kardiomyopati 7.. CMR er blevet etableret som den gyldne standard teknik til måling af funktion og til in vivo væv analyse. Nye billeddiagnostiske teknikker og forbedringer i imaging ikke blot kunne forbedre diagnoser af myocarditis, men også støtte studiet af patofysiologi og hastighed identifikation af terapeutiske mål 8-10. Små dyr billeddannelse er et vigtigt redskab for studiet af hjerte-kar-sygdomme. Teknikker rutinemæssigt anvendes i klinisk CMR, såsom sene gadolinium forbedring (LGE) ikke let kan overføres til små dyr CMR grund af dyrenes høje puls, men kunne allerede vist 11. Den lille dyr Look-Locker inversion recovery (SALLI) tilgang genererer multimodale billeddata datasæt giver mulighed for omfattende vurdering af både hjertefunktion og morfologi (fig. 1 and 3). Her viser vi, i detaljer, proceduren og opsætning for lille dyr billeddannelse med en typisk SALLI protokol. Især viser vi genopbygningen og analyse af T1 imaging datasæt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Forberedelse
1.1. Anæstesi af rotterne
- Placer rotte ind i et kammer forfyldt med isofluran (afhængig af størrelsen af kammeret omkring 3 minutter 5%) for at bedøve rotte.
- Når bedøvet, fjernes rotten og vejes.
- Placer næsen af rotte i anæstesi masken (isofluran 2-3% i oxygen 1 l / min) for at opretholde anæstesi. Under anæstesi med isofluran, sænke puls af rotter til 300-340 bpm (380-420 bpm hos mus).
1.2. Indsæt en halevene kanyle
- Vask hale af rotte med varmt vand (38 ° C) og sæbe for at tillade blodkarrene til at være mere let set.
- Kanyle enten vene, som let kan ses på den laterale del af halen. Ved hjælp af en 22-24 G iv kateter, forsøg ca 1/3 af vejen fra spidsen begynde.
- Hvis de indledende indsats er forgæves, prøv igen mere proximalt.
- Tag blod sample til analyse af hæmatokrit (nødvendigt at beregne ekstracellulære volumenbrøken = ECV).
- Fastgør iv kateter med hud lim og tape.
1.3. Positionering af elektroderne
- Rens alle footpads med alkohol mættet vatpind eller med sæbe og vand.
- Fire elektroder er nødvendige, en for hver fod.
- Fastgør elektroderne til midten af trædepuden og fastgør dem med tape.
- Twist eller flette de EKG-kabler omkring hinanden for at minimere dannelsen af loops, der ville forårsage interferens med EKG-signalet.
2.. Scanning
2.1. Positionering af dyret og overvågning
- Placer rotte i en liggende eller udsat position på billedbehandling røret og positionere hjertet i midten af spolen.
- Arrangere rotte, således at dens næse hviler i den kegle, som leverer isofluran anæstesi (2-3% i oxygen 1 l / min). Rotten lov til at indåndefrit i hele imaging proceduren.
- Anbring sensoren af termometeret ved endetarmsåbningen og løse det på bordet med tape.
- Kropstemperaturen holdes på 38 ± 1 ° C ved et varmt vand varmesystem. Opvarmningstiden måtten er placeret under den nedre del af det dyr, der strækker sig uden for spolen. Se venligst den skematisk repræsentation af MRI forsøgsopstillingen (figur 2) for flere detaljer.
- Tilslut EKG-elektroder, når EKG-signalet er stabilt begynde billeddannelse.
2.2. Scan protokol / Imaging parametre
- I denne undersøgelse en Philips Ingenia 3.0T klinisk MRI-system med en magnetventil spole med 70 mm indvendig diameter blev brugt [MR systemkrav er et lille boring (fx 16 cm) eller større boring (human størrelse, fx 65 cm) med dedikeret lille dyr spole, EKG gating kapaciteter til hjerte satser på op til 500/min, ilttilførsel og et system til fjernelse af anæstesigasser].
- Starte med en undersøgelse for at finde hjertet i midten af MRI synsfelt.
- Når positionen er korrekt, fortsætter med to-kammer og fire-kammer Cine MRI udsigt til at bestemme geometrien af stakken af korte akse billeder.
- For SALLI, mid-hulrum position korte akse skive på de to-og fire-kammer billeder (PreSALLI). En kombination af 4.000 msek erhvervelse varighed og 4.000 msek afslapning varighed tillader tilstrækkelig genvinding af magnetisering langs z-aksen og forhindrer overophedning af gradienter. For at aktivere funktionel analyse, bør faser sættes til mindst 12, med tidsmæssig undersampling af faktor 2 for at fremskynde overtagelsen.
- Injicer gadolinium-baserede kontraststof ind i den indlagte kateter, uden at flytte rotten. Vent fem minutter.
- Begynde at planlægge SALLI som multislice short akse stack, bestående af mindst 7 skiver (skive tykkelse 2.4 mm). Placer skiverne så den mest distale er under spidsen af hjertet og tHan øverste niveau er lige distalt for hjerteklapper. Prøv at sikre, at de korte længdeakse er vinkelret på skillevæggen. Næsten hver 30 minutter (omkring tre Sallis) yderligere en dosis af kontrastmidlet.
- Når billedet købet er færdig fjerne rotten fra scanneren og lad det komme fra anæstesi.
3.. Billede Genopbygning
Billede rekonstruktion kan udføres enten online ved hjælp af foruddefinerede genopbygning parametre eller offline med en dedikeret billede rekonstruktion værktøj:
3.1. Online Genopbygning
- Forskellige parametre kan defineres herunder:
- For T1 kortlægning: beliggenhed og bredde af genopbygningen vindue i hjertets cyklus (f.eks 50-100 msek at opnå systolisk T1 kortet i hjertefrekvens 300/min)
- For IR-forberedte (LGE) billeder: placering og bredde af inversion tid (TI) vindue og antallet af billeder til at være rekonstrueret witynde, at vinduet (f.eks TI 100-300 msek, 5 billeder, for at generere 5 LGE billeder med TIS 100-150-200-250-300 ms).
3.2. Offline Genopbygning
- Når du bruger en dedikeret softwarepakke (Gyrotools, Zürich, Schweiz) for billedet genopbygning, udtrække de tre datasæt (cine MR, inversion recovery og T1 maps) i en mere interaktiv måde.
- Tilpasse definitionen af end-systole eller end-diastole for T1 ved at vælge den tilsvarende cine billedet.
- Visualiser T1 maps som farve kort. Find nøjagtige værdier ved at føre musen over et område af interesse. Billeder kan gemmes i forskellige billedformater til yderligere analyse (fx beregning af ECV fra præ-og post-kontrast T1 værdier af myokardiet og blod pool) 12..
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Her viser vi resultaterne fra en sund Sprague Dawley Rat. Med en velforberedt dyr setup vi beskrevet før, er det muligt at få en stabil EKG-signal. Svarende til humane kardiale MRI protokoller, vi starter med en undersøgelse for at finde hjertet. Hvis positionen af rotte i spolen er korrekt, fortsætter vi med en to-kammer visning og en fire-kammer for at detektere geometri for SALLI stakken.
Salli teknik giver tre typer af billeder erhvervet på samme tidspunkt. Disse er for det første, cine billeder, der kan anvendes til at studere lokal og global LV-funktion. LV parametre, der skal vurderes ved hjælp af et CMR softwarepakke inkluderer ende systoliske og slutdiastolisk mængder uddrivningsfraktion, og masse. Den anden type billede er flere IR-billeder med forskellig nominel TI, hvorfra billeder med optimal nulling normale myokardiet kan vælges. Dette sikrer maksimal forøgelse af områder med fokal myocardial fibrose / scar, som er nødvendigt for LGE billeddannelse. For det tredje er T1 maps genereres. Disse bør demonstrere homogene relaksationstider i sunde myokardiet som vist i figur 3 (repræsentant T1 kort). Før administration gadopentetatdimeglumin udviser myokardiet kortere T1 værdier end blodet i LV hulrum. I de første minutter efter administration af kontrastmiddel, T1 af blod forkortes mere end myokardiet. Mens de præsenterede data fra et sundt dyr viser homogen T1 adfærd på tværs af hele myokardiet, ville tilstedeværelsen af myokardieskade f.eks modeller for myokardieinfarkt demonstrere T1 i den ramte region. T1 maps kan rekonstrueres for enhver fase af hjertets cyklus (figur 3c).
Figur 1. Pulssekvens ordning for fuldt stikprøven datasæt og genopbygning skitser af multimodale billeder Top:. SALLI pulssekvens ordningen. Efter en adiabatisk inversion puls (180 °), er billeddata for første radiale segment (segment = farvede sektorer af cirkler) kontinuerligt udtaget til hinanden hjerte faser (cirkler i forskellige størrelser) og hjerte motor (forskellige cirkel farver) i løbet af en foruddefineret AD mens magnetiseringen genindvinder med en tidskonstant T1 * (optrukket linie). Tidsmæssige opløsning (fx antal hjerte faser) er teoretisk begrænset af minimum gentagelse tid. Efter en foruddefineret RD, hvorunder magnetisering genindvinder uden udlæsning-inducerede forstyrrelser med en tidskonstant T1 (stiplet linie), gentages processen for den næste radiale segment og så videre. A. Rekonstruktion af T1 kortene. I et første skridt omfattede rå billeder til antallet af hjerte cyklusser ved AD er rekonstrueret ud fra alle tilgængelige billeddata erhvervet dnder en foruddefineret tidsvindue i RR intervallet (f.eks under systole). I et andet trin pixel-wise lineær kurvetilpasning udføres, og deraf T1 *-værdier er korrigeret for udlæsning-induceret afvigelse magnetiseringen recovery kurven for at generere T1 kort fra disse rå billeder. B. Rekonstruktion af IR-forberedte billeder. For en foruddefineret interval efter inversion (f.eks 100-300 ms), et sæt IR-forberedte billeder med foruddefinerede trin af inversion tid (fx 25 ms) er rekonstrueret fra alle billeddata til rådighed inden for intervallet. C. Rekonstruktion af cine billeder. Cine billeder for et foruddefineret antal hjerte faser rekonstrueret fra alle billeddata tilgængelige ud over det tidspunkt hvor alle longitudinale magnetisering indenfor synsfeltet havde genvundet ved mindst 90%. (Messroghli et al., Small dyr kig locker inversion recovery (SALLI) til samtidig generering af T1 maps og cine og reversion recovery-forberedte billeder ved høje puls: de første erfaringer, Radiologi 2011. Genoptrykt med tilladelse fra RSNA). Klik her for at se større figur .
Figur 2. MRI forsøgsopstillingen. MRI forsøgsopstilling, herunder dyr positionering på dyret indehaveren og de kontrolmuligheder, mens scanning.
Figur 3. Repræsentant SALLI stak fra en sund Sprague-Dawley rotte: a) cine billede diastole, b) cine billede systole, c) T1 kort, før intravenøs administration af gadopentetat-dimeglumin (diastole), d) LGE billedet før intravenøs administration af gadopentetat-dimeglumin. Typisk SALLI data: slice tykkelse (mm) 2.4 FOV (mm) 64 x 64; pixel slice (mm) 0,59 x 0,59, flipvinkel 10 °, AD (msek) 4.000, RD (ms) 4.000, Act. TR / TE (ms) 6.7/2.7, NSA 2, hjerte faser 12, tidsmæssig undersampling faktor 2, hjerte-frekvens (bpm) 320, scan varighed 7 minutter.
AD = erhvervelse varighed
bpm = beats per minut
CMR = hjerte magnetisk resonans
ECV = ekstracellulære volumenfraktion
IR = inversion recovery
LGE = sent gadolinium ekstraudstyr
NSA = Antal Signals gennemsnit
RD = afslapning varighed
SALLI = lille dyr Look-Locker inversion recovery
TR = gentagelse tid
TE = ekkotid
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Her præsenterer vi en metode til at generere multi-modalitet (cine MR, inversion-genopretning og T1 maps) MR-billeder i små dyr. Lille dyr forskning spiller en stadig vigtigere rolle i hjerte-kar-sygdomme forskning og CMR er et kraftfuldt værktøj tillader os at studere funktionen, struktur og væv sammensætning myokardiet. Men lille dyr CMR har en række unikke udfordringer på grund af de høje puls og lille hjerte størrelse. Forbedrede metoder til billeddannelse, herunder mere tid effektive metoder vil spille en endnu rolle i udviklingen af denne teknik.
Den indledende opsætning af dyret er en kritisk del af denne protokol. Det er vigtigt ikke kun at tillade generering af optimale billeder, men også at tillade dyret at forblive stabil i hele den ofte langvarige undersøgelse (komplet protokol, herunder rekonstruktion tager omkring 2 timer). Da billederne er gated med EKG, interferens fra dårlig lead kontaktperson ellerfra sløjfer dannet fra EKG-kabler, kan føre til langvarige scanningstider eller svigt af sekvenser. En dårlig EKG-signal på grund af høje puls eller arytmi er en af de vigtigste udfordringer i det lille dyr CMR. Desuden skal temperatur og anæstesi kontrolleres omhyggeligt for at opnå nøjagtige, reproducerbare målinger og lade dyrene underkastes langvarig undersøgelse. På en måde svarende til en standard human CMR undersøgelse, er hjertet placeret, efterfulgt af to lange akse cine scanninger, så tillader den korte akse SALLI billeder (T1 kort), der skal udføres. Afhængigt af den givne anvendelse er der en række variationer vedrørende Salli billeder: 1) Et enkelt kort-akse præ-kontrast SALLI og flere korte akse post-kontrast SALLI (som præsenteres her). Denne tilgang gør det muligt for funktionel information, infarktstørrelse, og grundlæggende oplysninger om ECV skal opnås. 2) Flere korte akse præ-kontrast og flere korte akse post-kontrast SALLI. Protokollen tilføjer oplysninger om Regional myokardie ødem og distribution af ECV (fx i akut myokardieinfarkt) på bekostning af langvarig scanning tid. 3) Single-slice præ-og post-kontrast SALLI, multi-slice konventionelle cine. Dette hurtig tilgang giver funktionel information og global ECV, og kan være tilstrækkelig i modeller af diffus myokardiesygdom.
Eksisterende CMR-sekvenser kan få gode cine MR-billeder i både mennesker og smådyr. LGE billeddannelse i små dyr er fortsat en udfordring. På grund af de høje hjertefrekvenser, erhvervelse tid for en inversion recovery-fremstillede sekvens øges til 6-10 minutter pr billede 13, som forårsager alvorlige problemer med at justere inversion tid til null signal fra sunde myokardiet.
T1 kvantificering giver oplysninger om væv egenskaber og gadolinium kinetik. Typiske hjerte T1 metoder kræver køb af flere billeder med forskellige inversion gange for at tillade en accurate montering af den underliggende T1 kurven 14.. T1 kortlægning teknikker til anvendelse på mennesker typisk erhverve ikke-segmenterede rå billeder med varigheder på 150-200 msek hver. Denne metode er ikke egnet til små dyr, hvor hjerte satser 200-600 slag i minuttet er forventet (dvs. hjerte cyklusser af 100-300 msek). SALLI løser dette problem ved hjælp af en segmenteret tilgang, hvorved myocardiale T1 skal kvantificeres i rotter.
T1 mapping giver en kvantitativ tilgang til karakterisering af myokardiet. Det giver derfor diffuse processer der skal undersøges. T1 værdier kan sammenlignes mellem de enkelte studier og enkelte fag, så studiet af kroniske forandringer i myokardiet. Evnen til samtidigt at vurdere funktion og myocardiale egenskaber vil tillade undersøgelse af chronologic dannelse af myokardieskade. I fremtiden vil multimodal billeddannelse tillade kombinationen af funktionel information med kvalitative og quantittiv vurdering af myokardiet til at give et mere komplet billede af hjerte-kar-sygdom.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle animalske procedurer blev gennemført i overensstemmelse med retningslinjerne for Pleje og anvendelse af forsøgsdyr, og godkendt af de lokale dyrepleje myndigheder. Ingen interessekonflikter erklæret.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Adhesive Tape (Silkafix) | Lohmann und Rauscher | 34327 | |
| Gadopentetat-Dimeglumin (Magnevist) | Bayer | G-00012163 | 2mmol/Kg |
| Introcan Safety-W (G24) | B. Braun | 4254503-01 | |
| Red Dot, Neonatal Monitoring Electrode with Pre-Attached Lead Wire | 3M | 2269T | |
| Skin glue (Histoacryl) | B. Braun | 1050052 | |
| Scales (Typ 440) | Kern | 95088 | |
| Skin desinfection (Softasept N) | B. Braun Petzold | 360250 | |
| Thermometer | LumaSense Technologies | Luxtron 812 |
References
- Messroghli, D. R., Nordmeyer, S., Buehrer, M., et al. Small animal Look-Locker inversion recovery (SALLI) for simultaneous generation of cardiac T1 maps and cine and inversion recovery-prepared images at high heart rates: initial experience. Radiology. 261 (1), 258-2565 (2011).
- Messroghli, D. R., Nordmeyer, S., Dietrich, T., et al. Assessment of diffuse myocardial fibrosis in rats using small-animal Look-Locker inversion recovery T1 mapping. Circ. Cardiovasc. Imaging. 4 (6), 636-640 (2011).
- Flett, A. S., Hayward, M. P., Ashworth, M. T., et al. Equilibrium contrast cardiovascular magnetic resonance for the measurement of diffuse myocardial fibrosis: preliminary validation in humans. Circulation. 122 (2), 138-144 (2010).
- Arheden, H., Saed, M., Higgins, C. N., et al. Measurement of the distribution volume of gadopentetate dimeglumine at echo-planar MR imaging to quantify myocardial infarction: comparison with 99mTc-DTPA autoradiography in rats. Radiology. 211 (3), 698-708 (1999).
- Messroghli, D. R., Walters, K., Plein, S., et al. Myocardial T1 mapping: application to patients with acute and chronic myocardial infarction. Magn. Reson. Med. 58 (1), 34-40 (2007).
- O H-Ici, D., Ridgway, J., Kuehne, T., et al. Cardiovascular magnetic resonance of myocardial edema using a short inversion time inversion recovery (STIR) black-blood technique: Diagnostic accuracy of visual and semi-quantitative. 14 (1), (2012).
- Sagar, S., Liu, P. P., Cooper, L. T. Jr Myocarditis. Lancet. 379, 738-747 (2012).
- Skouri, H. N., Dec, G. W., Friedrich, M. G., Cooper, L. T. Noninvasive imaging in myocarditis. J. Am. Coll. Cardiol. , 2085-2093 (2006).
- Zagrosek, A., Abdel-Aty, H., Boyé, P., et al. Cardiac magnetic resonance monitors reversible and irreversible myocardial injury in myocarditis. JACC Cardiovasc. Imaging. 2 (2), 131-138 (2009).
- Friedrich, M. G., Sechtem, U., Schulz-Menger, J., et al. Cardiovascular magnetic resonance in myocarditis: a JACC White Paper. J. Am. Coll. Cardiol. 54, 1475-1487 (2009).
- Korkusuz, H., Esters, P., Naguib, N., et al. Acute myocarditis in a rat model: late gadolinium enhancement with histopathological correlation. Eur. Radiol. 19 (11), 2672-2678 (2009).
- Ugander, M., Oki, A. J., Hsu, L. Y. Extracellular volume imaging by magnetic resonance imaging provides insights into overt and sub-clinical myocardial pathology. Eur. Heart J. 33 (10), 1268-1278 (2012).
- Gilson, W. D., Kraitchman, D. L. Cardiac magnetic resonance imaging in small rodents using clinical 1.5. T and. 3 (1), 35-45 (2007).
- Messroghli, D. R., Radjenovic, A., Kozerke, S., Higgins, D. M., Sivananthan, M. U., Ridgway, J. P. Modified Look-Locker inversion recovery (MOLLI) for high-resolution T1 mapping of the heart. Magnetic resonance in medicine. 52 (1), 141-146 (2004).
